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（总）碳检测

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发布时间：2025-07-29 12:24:20 更新时间：2025-07-28 12:24:20

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

总碳检测：全面了解环境与工业中的碳含量分析

总碳（Total Carbon, TC）检测是指对样品中所有形态碳元素总量的测定。在环境保护、水质监测、土壤研究、工业生产过程控制、能源利用效率评估以及地质勘探等多个领域，准确测定样品中的总碳含量至关重要。总碳包含了样品中存在的所有有机碳（Organic Carbon, OC）和无机碳（Inorganic Carbon, IC）。有机碳源于生物体及其降解产物、化石燃料等，是水体富营养化、土壤肥力评估的关键指标；无机碳则主要以碳酸盐、碳酸氢盐和溶解二氧化碳的形式存在。掌握总碳的水平，有助于评估环境质量、监控污染物排放、研究碳循环过程以及优化生产工艺，为环境保护、资源管理和可持续发展提供科学依据。

检测项目

总碳检测的核心项目是精确测定给定样品中碳元素的总质量或浓度。根据样品的特性和检测目的，具体项目可细化为：

总碳浓度测定： 定量分析单位体积（如水样）或单位质量（如土壤、沉积物、固体废弃物、燃料、化工产品等）样品中所含的总碳量，通常以mg/L（液体）、mg/kg或%（质量分数，固体/燃料等）表示。
固体/液体/气体样品的总碳分析： 检测对象广泛，涵盖环境水体（地表水、地下水、废水）、饮用水、海水、土壤、沉积物、岩石矿物、化石燃料（煤、石油、天然气及其产品）、生物质、化工原料与产品、大气颗粒物、工业排放气体等。

检测仪器

进行总碳检测主要依赖以下高精度分析仪器：

总有机碳/总碳（TOC/TC）分析仪： 这是目前最主流、最便捷的总碳检测仪器，尤其适用于水样分析。其特点是将样品中的碳通过高温燃烧或湿法催化氧化方式完全转化为二氧化碳（CO₂），然后使用非分散红外检测器（NDIR）或其他高灵敏度检测器（如电导率检测器、质谱）精确测定生成的CO₂量，从而计算出总碳含量。现代TOC分析仪通常具备直接测定TC、TIC（总无机碳）并计算TOC（TOC = TC - TIC）的功能。
元素分析仪（Elemental Analyzer, EA）： 主要用于固体和液体样品中C、H、O、N、S等元素的总量分析。样品在高温（>1000℃）纯氧环境下充分燃烧，生成的混合气体经分离纯化后，通常采用热导检测器（TCD）或红外检测器检测CO₂，从而得到总碳含量。元素分析仪精度高，尤其适用于复杂基质的固体样品（如土壤、沉积物、植物、煤炭、聚合物等）和粘稠液体。
燃烧炉-红外碳硫分析仪： 主要用于快速测定金属、矿石、陶瓷、煤炭等固体材料中的总碳（及硫）含量。样品在高温氧气流中燃烧，产生的CO₂由红外检测器测定。

检测方法

总碳检测的核心原理是将样品中所有形态的碳完全转化为可定量测定的二氧化碳。主要方法包括：

高温燃烧氧化法：
- 原理： 将样品（液体需先干燥或直接注入；固体直接称重）置于高温（通常680℃以上，可达950-1200℃）的燃烧管中，在富氧或催化剂（如铂）存在下，样品中的有机碳和无机碳均被氧化成CO₂。
- 检测： 燃烧产生的气体经除水、除杂后，流经非分散红外（NDIR）检测器，检测CO₂的浓度，仪器根据标定曲线计算总碳含量。
- 特点： 氧化完全，适用性广（尤其擅长处理难氧化、高盐分或含颗粒物样品），是TOC/TC分析仪和元素分析仪的核心方法。
湿法氧化（过硫酸盐紫外氧化）法：
- 原理： 主要应用于水样分析。在酸性条件下（常加磷酸），样品中的无机碳（主要是HCO₃⁻和CO₃²⁻）首先被转化为CO₂逸出（或单独测定TIC）。然后加入过硫酸钾（K₂S₂O₈）等强氧化剂，并在紫外光（UV）照射下催化，将样品中的有机碳氧化为CO₂。
- 检测： 氧化生成的CO₂同样通过NDIR或电导率法检测。
- 特点： 反应温度较低（通常<100℃），无需高温炉，仪器结构相对简单，适用于清洁水样。但对于某些难氧化有机物或含高浓度氯化物的水样，氧化效率可能不如高温法彻底。

样品前处理： 对于固体样品（土壤、沉积物等），通常需要干燥、研磨、过筛、均质化；高有机质或高碳酸盐样品可能需酸化预处理去除IC后再测TC（即测TOC）；液体样品根据浊度、颗粒物含量等可能需要过滤、均质、稀释、酸化（测TIC时）等步骤。

检测标准

为确保总碳检测结果的准确性、可比性和可靠性，国内外制定了多项标准方法。常用标准包括：

水质领域：
- 国际/美国： ISO 8245:1999《水质总有机碳(TOC)和溶解性有机碳(DOC)测定指南》；EPA Method 415.3《通过燃烧或湿氧化测定总有机碳》；ASTM D7573《用高温催化燃烧和红外检测法测定水样中总碳和有机碳的标准试验方法》。
- 中国： HJ 501-2009《水质总有机碳的测定燃烧氧化-非分散红外吸收法》；GB 13193-91《水质总有机碳(TOC)的测定非色散红外线吸收法》（已更新，但部分沿用）；HJ 695-2014《土壤有机碳的测定燃烧氧化-滴定法》（虽主要测有机碳，但方法涉及TC原理）。
土壤、固体废弃物等领域：
- 国际/美国： ISO 10694:1995《土壤质量干燃烧后测定有机碳和总碳（元素分析法）》； ASTM D5373《煤炭实验室样品中碳、氢和氮的仪器测定标准试验方法》（可测TC）。
- 中国： NY/T 1121.6-2006《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》（重铬酸钾氧化法为主，非直接测TC）；LY/T 1237-1999《森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》等。对于总碳，常参考元素分析标准或行业特定方法。
燃料、化工产品等领域： ASTM D5291、ISO 29541（煤炭中碳氢氮测定）；ASTM D5373（煤）；GB/T 476-2008《煤中碳和氢的测定方法》等。